HJ-1卫星CCD数据的大气校正及其效果分析

利用MODTRAN 4模型对地表-大气-遥感器之间的辐射传输过程进行模拟,模拟出对应大气参数下的表观辐亮度;利用模拟生成的大气校正查找表,逐像元对HJ-1卫星CCD数据进行大气校正;并从光谱曲线、与MODIS地表反射率产品比较、归一化植被指数(NDVI)三个方面,探讨了HJ-1卫星CCD数据大气校正效果.结果表明:(1...     

高光谱热红外星上辐亮度图像模拟及初步应用

基于卫星数据的热红外图像模拟可以为热红外大气校正、地表温度和发射率反演和前期验证提供数据支撑,同时也可以为热红外传感器的波段设置和优化提供参考。热红外图像模拟是进行热红外定量遥感研究的有效手段。本研究利用Terra星上搭载的ASTER（Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer）遥感数据所反演得到的地表温度和发射率产品,基于高光谱辐射传输模型,模拟8—14 μm（714—1250 cm^-1）,波谱分辨率为0.25 cm^-1的星上TOA（Top of Atmosphere）高光谱热红外成像模拟数据。在此基础上,结合高光谱热红外图像数据的特点,实现了温度和发射率分离算法,以及对比了不同的基于图像的大气校正算法。结果显示,本文提出的热红外图像模拟方法可行,能够为评价不同的大气校正、温度和发射率分离算法提供有效的数据支撑。     

基于ASTER数据反演我国南方山地陆表温度

 以贵州省黎平县山地植被覆盖区为例，基于ASTER遥感数据进行15 m分辨率的归一化植被指数制图和地表发射率制图，在利用 MODTRAN 4大气辐射传输模型进行大气订正的基础上，基于普朗克辐射方程的推导反演陆表温度，取得了较为理想的结果。     

6S辐射传输模型在校正哈尔滨市遥感图像中的应用

由于遥感器在空中获取地表信息过程中,受到大气成分吸收与散射的影响,测量值发生辐射失真。本文通过分析大气成分对辐射传输的影响,探讨遥感图像处理中大气校正的方法。     

基于通道相关模型构建的中红外高光谱地表发射率模拟

星载高光谱图像获取少,卫星发射成本高,同时中红外通道机理复杂,模拟难度大,图像模拟的研究工作缺乏。针对上述问题,本文首先对通道之间的相关性进行分析;其次在统计分析的基础上,构建数据模拟模型,模型平均相对误差均小于10%。运用FY4A热红外数据;最终模拟2.5—5.0μm,光谱分辨率为50 nm的中红外波段高光谱地表发射率数据。本文构建的模型可为中红外波段的图像模拟与载荷研制等应用提供理论支撑,为中红外高光谱图像模拟提供方法和手段;可为遥感器载荷设计过程中方案的可行性分析与论证、设计制造、运维以及后期管理保障提供重要的理论基础。     

TM传感器辐射定标参数精度分析

以2007年4月26日北京地区TM图像为例,对美国地质调查局(USGS)和中国遥感卫星地面站(RSGS)提供的传感器辐射定标参数进行精度评价。首先,根据不同来源的辐射定标参数,采用对应的定标系数计算公式得到相应的定标系数,采用不同的定标系数分别对DN值进行反演,得到不同辐射定标参数下的表观辐亮度数据;然后,将两种表观辐亮度反演结果输入FLAASH大气校正模型,反演图像获取时的气象视距和地表反射率;最后,通过同步气溶胶观测数据和高分辨率遥感影像对所反演的气象视距和地表反射率分类精度进行评价,得到传感器定标参数精度评价结果。研究表明:USGS提供的辐射定标参数能更为精确地反映TM传感器的辐射特征。     

智能高光谱遥感卫星前视相机性能设计

高光谱遥感可以得到地物连续光谱信息,实现地物精细分类、目标高精度探测以及地物生化参量的定量化应用。传统的高光谱遥感器由于固定辐射动态范围,存在大量无效且冗余数据,给卫星载荷造成了巨大的存储压力。智能高光谱卫星关键技术之一在于利用前视相机预判辐射动态变化范围的方式辅助主相机成像模式调整,本文在智能遥感卫星系统概念的基础上,重点开展前视相机倾斜角设计、波段设置和辐射动态范围预测研究。研究表明:前视相机倾斜角需要综合考虑星上响应时间、单次成像距离和空间分辨率;考虑到云检测、气溶胶光学厚度和水汽含量反演等指标的实现,前视相机需要设置0.49μm、0.66μm、0.87μm、0.94μm、2.1μm等5个波段;0.4—1.0μm波段范围最大最小值辐亮度可以由有限波段进行预测。基于ENVI光谱库76条光谱数据,通过MODTRAN辐射传输模型模拟各类地物(植被、矿物、人造地物、土壤)在不同观测条件下的表观辐亮度,建立了在0.4—1.0μm波段内各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型,利用光谱库中其他光谱数据验证了各类地物辐射动态最大值和最小值模拟模型,各类地物最大值和最小值预测模型验证的拟合优度(R2)分别大于98%和75%,模型验证相对误差分别小于5%和25%;同时利用Hyperion影像,验证了植被类预测模型,最大值模拟模型验证相对偏差在5%内,最小值模拟模型验证相对偏差在10%内。以上研究为智能高光谱卫星主相机的辐射动态范围调整提供了重要依据。     

多目标的卫星仪器宽动态非线性定标

传统的场地辐射定标方法由于定标样本少,难以覆盖遥感器动态范围,且不能发现仪器辐射响应是否存在非线性特性。针对这一问题,本文提出了基于多种亮暗等级的地球稳定目标(盐湖、沙漠和海洋)的卫星传感器宽动态非线性辐射定标方法。该方法以MODIS和NCEP数据产品作为稳定目标的地表特性、大气状况的先验知识库,利用大气辐射传输模型计算的多个稳定目标的大气层顶辐射值为定标基准,以二次多项式为定标方程,实现宽动态的非线性辐射定标,并以Aqua/MODIS观测值作为参考,对定标基准的精度进行评估。结果显示,对于反射太阳波段,辐射传输模型的计算值与MODIS观测值间的偏差均值在2%以内。最后,以气象卫星遥感器MERSI为例,基于2014年在稳定目标上空获取的大量定标样本,对其反射太阳通道的辐射响应特性进行研究,从而确定辐射定标方案和辐射定标方程的系数,然后采用敦煌试验场的同步实测数据对定标结果进行验证。结果表明,除了940 nm的水汽强吸收通道,其他通道的定标精度基本在5%以内。     

光学遥感影像表观辐亮度地形效应纠正物理模型

针对已有地形纠正方法的不足, 在山区辐射传输模型简化的基础上, 提出了水平地面上接收到的漫射辐射与垂直于太阳方向表面接收的直射辐射比例因子的概念, 建立了仅需要太阳角度信息和大气模式作为输入参数, 主要针对地形效应本身进行纠正的简单纠正模型, 可以将复杂地形区光学遥感影像表观辐亮度纠正为无地形影响的水平地表辐亮度, 并以TM影像为例进行了实验验证。     

热红外遥感中大气下行辐射效应的一种近似计算与误差估计

在热红外遥感中,大气下行辐射效应很难处理,原因是地表双向反射分布函数很难精确描述。因此常见的处理方法是在如下２ 个假设前提下对该项作做简化计算： 一是假设地表反射为朗伯体特性,二是大气下行辐射在半球空间内取常数。该文提出了一种在地表为非朗伯体、大气下行辐射为非各向同性等一般条件下近似计算大气下行辐射效应的方法。通过数值模拟表明：（１） 所采用的方法可以在放弃２ 个假设的前提下,更精确地计算热红外大气下行辐射效应的数值,计算精度比２ 个假设前提下的计算方法至少提高２０ ．５３ ％ ;（２） 该方法所带来的误差是大气模式、遥感器视角和通道的函数。其中,通道４ 的相对误差比通道５大,同一通道中模式５ 的相对误差最大,但最大可能相对误差不到８ ％ ,且随扫描角的增大而减小;（３） 大气下行辐射效应项占总辐射亮度值之比例在±３０°视角范围内一般不超过４ ％ 。     

星载微波SSM/Ⅰ遥感在中国东北华北农田的辐射特征分析

本文研究了星载微波ＳＳＭ／Ⅰ１９９６年在中国东北华北平原农田上７个通道辐射亮度温度（ＴＢ）的遥感数据,提出用几个通道ＴＢ组合的散射指数和极化指数来分析中国平原地区农田的微波辐射特征,及其随生长季节的时间性变化。星载ＳＳＭ／Ⅰ数据可以监视农作物的生长和平原地区地面湿度的变化。本文还给出了大气和农作物地表矢量辐射传输的数值模拟结果。     

SPOT地面场定标与星上定标结果的比较分析

本文研究是在遥感辐射定标场选择的基础。利用６Ｓ大气辐射传输模型进行ＳＰＯＴ遥感数据的定标和地物的光谱反射率反演,即在遥感器飞越辐射定标场上空,在定标场选择若干像元区,测量遥感器对应的各波段地物的光谱反射率和大气光谱参量,并利用大气辐射传输模型给出遥感器人瞳处各光谱带的辐射亮度,最后确定它与遥感器对应输出的数字量化的数量关系,求解定标系数。然后,对相应的研究训练区的遥感数据进行大气辐射校正,进而反演训练区内的地物光谱反射率。最后,通过将反演值与实地测量的地物光谱反射率进行对比分析,来估算定标不确定度,并比较说明两种不同方式定标差异及优势和限制。     

辐射传输模型模拟与深度学习结合的高分一号卫星植被光合有效辐射吸收比例产品反演算法

植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入...     

星载微波SSM／I遥感在中国东北华北农田的辐射特征分析

本文研究了星载微波ＳＳＭ／Ｉ１９９６年在中国东北华北平原农田上７个通道辐射亮度温度的遥感数据,提出用几个通道ＴＢ组合的散射指数和极化指数来分析中国平原地区农田的微辐射特征,本文还给出了大气和窕物地表矢量辐射传的数值模拟结果。     

中国陆地区域陆表温度业务化遥感反演算法及产品运行系统

地表温度反演的裂窗算法已成功应用于NOAA系列卫星热红外遥感数据。目前，裂窗算法中应用较为广泛的一种是Becker等人于1990年提出的局地裂窗算法，主要是通过辐射传输模型模拟不同地表条件和大气状况下，地表温度和发射率对红外辐射亮温的影响，从而发展出一个利用AVHRR4，5通道亮温数据反演地表温度的线性模型。在晴空无云和地表比辐射率能精确估算的情况下，Becker算法反演地表温度的精度在1K以内。Becker算法用Lowtran程序模拟计算地表辐射量，且模型中参数主要针对NOAA-9传感器特性得到。本文在Becker算法的基础上，针对NOAA-16／17传感器热红外通道光谱响应函数特性，利用最新的、计算光谱分辨率更高的MODTRAN程序模拟不同大气状况下，不同地表温度和发射率对NOAAAVHRR4，5通道辐射亮温响应特性的影响，改进Becker算法中模型参数，使之能适用于NOAA-16／17热红外数据。同时，本文利用植被指数NDVI，在中国陆地区域lkm分辨率最新地表分类数据的基础上，得到模型中需要的地表比辐射率参数，将改进的模型应用于1km分辨率NOAA17数据，得到了旬合成中国陆地区域范围地表温度，通过地面气象台站实测数据对比验证．取得了较好的结果。     

城市区域几何效应的辐射校正及其温度遥感反演

开展适用于城市地区热红外遥感图像几何效应的辐射校正物理模型研究,对提升城区下垫面温度反演精度具有重要作用。本文利用天空视域系数SVF（Sky View Factor,V）量化城区下垫面几何特征,并考虑几何特征对地物目标辐射传输的影响机理。将遥感传感器入瞳处的辐射亮度分解为地物目标发射辐射、地物目标反射辐射以及大气上行路径辐射3部分,并分析了各部分辐射在“城区—大气”界面的辐射传输过程,构建适用于城市下垫面的热辐射传输UTRT（Urban Thermal Radiation Transfer）模型,可应用于城区热红外遥感图像的几何效应辐射校正。基于Landsat 8 TIRS（Thermal Infrared Sensor）数据,将UTRT模型应用于北京市典型城区地表温度的反演,并对UTRT模型和不考虑下垫面几何特征反演结果进行对比分析,结果显示：（1）研究区内UTRT模型反演结果数值上整体低于不考虑下垫面几何特征的反演结果,差值范围为0—1.57 K,均值为0.44 K;（2）通过对不同地表覆被类型的分析对比,模型结果差值较大的区域为建筑和裸地,其空间分布明显受V值的影响,在一定范围内,V值越大反演结果数值越低;（3）对UTRT模型天空视域系数和环境温度两个参数进行敏感性分析,在地表发射率较小的场景中V参数敏感性较强,由于环境温度与目标地物温度较为接近,其参数的敏感性较低。结论为：UTRT模型可为城市下垫面遥感图像几何效应的辐射校正提供解决方案,对比不考虑下垫面几何特征的模型,前者可以更好地应用于城区地表温度遥感反演。该研究对推进城市高分辨率热红外定量遥感具有发展潜力和应用前景。     

Himawari 8 AHI数据地表温度反演的实用劈窗算法

地表温度是水文、气象、气候和环境等研究领域中的关键参数,利用热红外遥感可快速获取区域和全球高精度的地表温度数据。Himawari 8号是日本发射的新一代地球静止轨道气象卫星,星上搭载AHI(Advanced Himawari Imager)成像仪,具有更高的时空分辨率。利用AHI第14(11.2μm)和15(12.35μm)通道星上亮温数据,提出反演地表温度的实用劈窗算法,其中输入的发射率数据利用ASTER GED(Global Emissivity Dataset)v4计算得到。劈窗算法的系数由观测角度和大气水汽含量分区决定,其中大气水汽含量由两个劈窗通道直接估算得到。利用黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验(Hi WATER)4个站点的实测数据和中国7个湖泊中心点的MODIS地表温度产品对反演结果进行验证,结果表明,算法的均方根误差(RMSE)在3 K以内,达到目前常用遥感地表温度产品的精度。同时与利用MOD11C3 C6产品估算的发射率和温度反演结果进行对比分析,发现ASTER GED反演的结果具有更高的精度,适合用来生产高精度的地表温度产品。     

陆地观测卫星图像模拟技术研究

卫星图像模拟是在卫星发射之前,采用计算机模拟方法模拟图像的波段特征、空间几何特征、辐射特征、星历数据和格式编排的一项技术。为研究陆地卫星图像模拟技术,回顾了我国过去6 a自主开发卫星遥感图像模拟系统的发展过程,介绍了图像模拟系统设计及关键技术的实现情况。目前该系统具备的模拟波段包括可见光、近红外到热红外波段,模拟的空间分辨率在300~3 m。在模拟过程中,采用遥感辐射传输模型实现光谱特征模拟;采用PROSPECT+SAIL模型模拟植被覆盖区的光谱,采用波谱库数据模拟非植被区的光谱;基于对大气辐射传输过程的线性分解,建立了大气辐射传输过程查找表(LUT),在保证一定模拟精度的前提下显著提高了模拟计算的速度;采用考虑地形起伏的高精度几何定位模型,逐像元计算出卫星观测视线与地球表层的交点,实现了几何信息的精确模拟;最后,采用卫星发射后的观测数据和实验场测量数据验证了该技术的模拟精度。     

针对Terra/MODIS数据的改进分裂窗地表温度反演算法

针对Terra/MODIS数据提出改进的分裂窗地表温度反演算法。充分考虑了传感器观测角度(VZA)的影响,并对地表和有效大气辐射按照不同的亮度温度区间分别进行Planck函数简化。利用TIGR3大气廓线库中的875条晴空大气廓线,ASTER波谱库中的106条地物发射率波谱,结合MODTRAN4大气辐射传输模型模拟得到分裂窗算法系数。利用MODTRAN4模拟数据对算法精度进行验证,结果表明本文的改进算法和原算法的均方根误差RMSE分别为0.34K和0.65K。敏感性分析表明,在中等湿润的大气条件下,算法对大气水汽含量并不敏感。该算法降低了传感器观测角度带来的地表温度反演误差。利用2009年6月美国SURFRAD辐射观测网6个站点的实测数据对改进算法、原算法以及MOD11_L2地表温度产品进行了对比验证,RMSE分别是0.93K、1.49K和1.0K,表明本文算法可以提高反演精度。     

遥感数字图像解析

讨论一种分解遥感数字图像的解析方法.其目的是将组成原始遥感的各分量(太阳直射光、天空散射光和大气亮度)逐点分离,并各自生成新的数字图像.由于这些图像是自然光各分量分别与地物和大气之间相互作用的产物,它们在地表辐射能量和大气环境状况的遥感定量反演研究及遥感图像的模式识别中有着具其他传统遥感图像无法具有的独特作用.